Karsten Antonio Mielke wurde am 2. November 1977 in Recife, Brasilien, geboren und wuchs in Schleswig-Holstein auf. Als junger Mann reiste er durch Europa und ließ sich schließlich in Berlin nieder. Schließlich schlug er eine professionelle Schauspielkarriere ein. Zwischen 2004 und 2012 nahm er Schauspielunterricht in London und Berlin: Unter anderem besuchte er Kurse im Giles Forman Centre London (2006-2008) und am Actors Space Berlin (2008-2012).

Parallel dazu spielte Mielke erste Nebenrollen in Kurzfilmen und abendfüllenden Kinoproduktionen, so etwa in Wolfgang Eißlers "Berlin am Meer" (2008), Thomas Siebens "Distanz" (2009), Feo Aladags "Die Fremde" (2010) und Michaela Schweigers "Trabanten" (2010). Eine Hauptrolle hatte er in Mascha Schilinskis mittellangem Film "Das Gefühl" (2013); mit Schilinksi drehte er auch den Kurzspielfilm "Die Katze" (2014). Fernsehrollen hatte er unter anderem in den Serien "SOKO Wismar" (2013) und "Notruf Hafenkante" (2015).

Seine erste Hauptrolle spielte Karsten Antonio Mielke in Mascha Schilinskis Langfilm-Debüt "Die Tochter" (2016), als Vater eines jungen Mädchens, welches mit allen Mitteln verhindern will, dass ihre getrennten Eltern wieder zusammenkommen. Für diese Rolle wurde er mehrfach ausgezeichnet, so etwa beim Evolution Filmfestival Mallorca und beim Cyprus International Film Festival. Im Mai 2018 startete "Die Tochter" in den deutschen Kinos. Im gleichen Jahr sah man Mielke in kleineren Rollen in mehreren TV-Produktionen, darunter Markus Imbodens Mainzer "Tatort"-Folge "Zeit der Frösche" und der Krimi "Kommissarin Heller – Herzversagen".